Simulating Core-Collapse and Electron-Capture Supernovae: from the Central Engine to the Supernova Remnant

模拟核心塌陷和电子捕获超新星:从中央发动机到超新星遗迹

基本信息

  • 批准号:
    1913531
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Core-collapse supernovae, the culmination of the lives of massive stars, are the principle actors in the story of our elemental origins. Our understanding of these events centers around a stalled explosion brought back to life by a neutrinos streaming from the newly-formed neutron star. This award will support two projects to improve our understanding of the impact that the turbulent, neutrino-driven nature of supernova explosions has on observations of supernovae and galactic chemical evolution and the elemental history of our Galaxy. First, the PI will seek to investigate the explosions that result from the lightest stars to produce supernovae, those with cores composed initially of oxygen and neon, with much greater fidelity than has previously been achieved. Second, the investigator team will continue our prior project to determine the full range of nucleosynthesis products in the ejecta as realistically as possible within our simulations of the central engine of core-collapse supernovae and then extend these models of core-collapse supernovae beyond the initial epoch where the explosion is formed. To compare with observations, the PI will extend these simulations to the epoch when the shock reaches the surface of the star and the visible supernova is born.Core-collapse supernovae, including the collapse of iron-cored stars, but also the collapse of less massive stars with oxygen and neon cores as electron capture supernovae, are the principle drivers of galactic chemical evolution. Our understanding of both of these events, while still incomplete, centers around a neutrino-driven central engine which is highly hydrodynamically unstable. Though the stalled shock is brought back to life by neutrino heating, the development of the supernova explosion is inextricably linked to three-dimensional fluid flows. Regrettably, this is ignored in most studies of supernova nucleosynthesis. This award supports two projects to improve our understanding of the impact that the turbulent, neutrino-driven nature of supernova explosions has on observations of supernovae and galactic chemical evolution. First, the investigator team will investigate the explosions that result from electron capture supernovae with much greater fidelity than has heretofore been achieved. Second, the investigator team will continue a prior project to realistically examine the full range of nucleosynthesis products that may be observed in the ejecta by extending state-of-the-art core-collapse supernova models to the epoch when the shock reaches the surface of the star and the supernova is born.This project advances the objectives of "Windows on the Universe: the Era of Multi-Messenger Astrophysics", one of the 10 Big Ideas for Future NSF Investments.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
核心塌缩超新星是大质量恒星生命的顶峰,是我们元素起源故事中的主要参与者。我们对这些事件的理解集中在一次停滞的爆炸中,这场爆炸是由从新形成的中子星涌出的中微子带来的。该奖项将支持两个项目,以提高我们对超新星爆发的湍流、中微子驱动的性质对超新星和银河系化学演化的观测以及我们银河系元素历史的影响的理解。首先,PI将寻求调查产生超新星的最轻恒星的爆炸,这些超新星的核心最初由氧和霓虹灯组成,比以前实现的保真度要高得多。其次,研究小组将继续我们之前的项目,在我们对核心塌缩超新星的中央引擎的模拟中,尽可能现实地确定抛射物中的核合成产物的全范围,然后将这些核心塌缩超新星模型扩展到爆炸形成的初始时期之后。为了与观测结果相比较,PI将把这些模拟扩展到激波到达恒星表面和可见超新星诞生的时期。核心塌缩超新星,包括铁心恒星的坍塌,以及质量较小的恒星的塌缩,以及作为电子捕获超新星的氧气和霓虹核的坍塌,是银河系化学演化的主要驱动力。我们对这两个事件的理解虽然仍然不完整,但主要集中在一个由中微子驱动的中央引擎,该引擎在流体力学上是高度不稳定的。虽然停滞的冲击波是通过中微子加热而复活的,但超新星爆炸的发展与三维流体流动密不可分。遗憾的是,在大多数超新星核合成研究中,这一点被忽视了。该奖项支持两个项目,以提高我们对超新星爆炸的湍流、中微子驱动的性质对超新星和银河系化学演化观测的影响的理解。首先,研究小组将调查由电子俘获超新星引起的爆炸,其保真度比迄今所达到的要高得多。其次,研究团队将继续一个先前的项目,通过将最先进的核心坍塌超新星模型扩展到激波到达恒星表面和超新星诞生的时代,现实地检查可能在喷出物中观察到的各种核合成产品。该项目推进了未来NSF投资的十大想法之一的“宇宙之窗:多信使天体物理学时代”的目标。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tracer Particles for Core-collapse Supernova Nucleosynthesis: The Advantages of Moving Backward
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/acc8d1
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Sieverding;P. G. Waldrop;J. A. Harris;W. Hix;E. Lentz;S. Bruenn;O. E. Bronson Messer
  • 通讯作者:
    A. Sieverding;P. G. Waldrop;J. A. Harris;W. Hix;E. Lentz;S. Bruenn;O. E. Bronson Messer
Three-dimensional Core-collapse Supernova Simulations with 160 Isotopic Species Evolved to Shock Breakout
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/ac1d49
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. A. Sandoval;W. Hix;O. E. Bronson Messer;E. Lentz;J. A. Harris
  • 通讯作者:
    M. A. Sandoval;W. Hix;O. E. Bronson Messer;E. Lentz;J. A. Harris
Comparison of the Core-collapse Evolution of Two Nearly Equal-mass Progenitors
两个几乎等质量的祖细胞核心塌陷演化的比较
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/acbb65
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bruenn, Stephen W.;Sieverding, Andre;Lentz, Eric J.;Sukhbold, Tuguldur;Hix, W. Raphael;Huk, Leah N.;Harris, J. Austin;Messer, O. E. Bronson;Mezzacappa, Anthony
  • 通讯作者:
    Mezzacappa, Anthony
Evaluation of experimental constraints on the Ti44(α,p)V47 reaction cross section relevant for supernovae
与超新星相关的 Ti44(α,p)V47 反应截面的实验约束评估
  • DOI:
    10.1103/physrevc.102.035806
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chipps, K. A.;Adsley, P.;Couder, M.;Hix, W. R.;Meisel, Z.;Schmidt, Konrad
  • 通讯作者:
    Schmidt, Konrad
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